Radio-aktiewe verval

Radioaktiewe verval is die proses waarmee 'n onstabiele atoomkern sy energie verloor deur straling in die vorm van partikels of elektromagnetiese golwe. Hierdie verval of energieverlies veroorsaak dat 'n atoom van een soort, die moedernuklied, omgeskakel word na 'n atoom van 'n ander soort, die dogternuklied. 'n Koolstof-14 atoom gee byvoorbeeld straling af om 'n stikstof-14 atoom te vorm. Op atoomvlak is hierdie 'n lukrake proses in die opsig dat dit onmoontlik is om te voorspel wanneer 'n spesifieke atoom sal verval, maar gegewe 'n groot aantal soortgelyke atome, is die gemiddelde vervaltempo wel voorspelbaar.

Die SI-eenheid van radioaktiewe verval is die becquerel (Bq). Een Bq word gedefinieer as een transformasie per sekonde. Aangesien 'n monster met 'n redelike hoeveelheid radioaktiewe materiaal baie atome bevat, is 'n Bq 'n baie klein mate van aktiwiteit en word veelvoude soos TBq (terabecquerel) of GBq (gigabecquerel) dikwels gebruik. 'n Ander eenheid van radioaktiwiteit is die curie, Ci, wat oorspronklik gedefinieer is as die aktiwiteit van een gram suiwer radium, isotoop Ra-226. Tans is dit gelykstaande aan die aktiwiteit van enige radionuklied wat teen 'n tempo van 3.7 × 10¹⁰ Bq verval. Die gebruik van die Ci word tans deur die SI ontmoedig.

Die neutrone en protone waaruit die kern bestaan asook ander partikels wat hulle mag nader, word deur verskeie interaksies beïnvloed. Die sterk kernkragte, wat nie op 'n makroskopiese skaal waargeneem kan word nie, is die kragtigste oor subatomiese afstande. Die elektrostatiese kragte is ook beduidend, terwyl die swak kernkragte verantwoordelik is vir betaverval.

Die wisselwerkinge van hierdie kragte is eenvoudig. Sommige samestellings van die partikels in 'n kern het die eienskap dat as hulle net so effens sou skuif, hulle 'n laer energie toestand aanneem (met die gevolg dat die ekstra energie elders heen gaan). 'n Mens kan dit vergelyk met 'n sneeubedekte veld op 'n berg: alhoewel wrywing tussen die sneeukristalle die sneeu se gewig kan ondersteun is die stelsel in wese onstabiel ten opsigte van 'n laer potensiële energietoestand en 'n versteuring kan die pad na 'n toestand van groter entropie in die hand werk. 'n Sneeustorting kan dus maklik voorkom. Die totale energie verander nie tydens die proses nie, maar omdat entropie altyd groter word sal 'n sneeustorting slegs in een rigting plaasvind. Die einde van hierdie "rigting" word in kernfisika na verwys as die "grondtoestand".

So 'n ineenstorting ('n vervalgebeurtenis) vereis 'n spesifieke aktiveringsenergie. In die geval van 'n sneeustorting word die energie tipies verskaf deur 'n versteuring buite die stelsel, al kan sulke versteurings soms buitengewoon klein wees. In die geval van 'n opgewekte atoomkern, kan die versteuring kom vanaf kwantum vakuumfluktuasies. 'n Kern (of enige opgewekte stelsel in kwantummeganika) is onstabiel en kan dus spontaan stabiliseer om 'n minder opgewekte toestand aan te neem. Hierdie proses word aangedryf deur die entropie: die energie verander nie, maar aan die einde van die proses, is die totale energie meer verdun in 'n gegewe volume in die ruimte. Die gevolglike transformasie verander die struktuur van die kern. So 'n reaksie is dus 'n kernreaksie, in teenstelling met chemiese reaksies wat ook deur entropie aangedryf word, maar slegs veranderinge in die buitenste elektrone van atome behels eerder as in die kern self.

Sommige kernreaksies behels wel die invloed van eksterne energiebronne in die vorm van botsings met partikels van buite die kern. Hierdie reaksies word egter nie as verval beskou nie maar is eerder voorbeelde van 'n geïnduseerde kernreaksie. Kernsplyting en kernversmelting is algemene voorbeelde van geïnduseerde kernreaksies.

• Alfaverval
• Betaverval